露天礦測(cè)量中三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用研究

彭劍飛

摘 ?要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，創(chuàng)新成為時(shí)代發(fā)展主題。在此背景下，露天礦建設(shè)受到了人們的廣泛關(guān)注，并成為保證西部礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。文章結(jié)合實(shí)踐三維激光掃描測(cè)量技術(shù)在露天礦中應(yīng)用進(jìn)行分析研究，希望能為相關(guān)工作的開展提供一定的參考價(jià)值。對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域科研工作者和同行業(yè)工作人員具有十分重要的參考意義。

關(guān)鍵詞：露天礦;三維激光掃描技術(shù);應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：TD176 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）18-0179-02

Abstract： With the continuous development of economy and society， innovation has become the theme of the development of the times. In this context， the construction of open-pit mine has been widely concerned by people， and has become the only way to ensure the sustainable development of the western mining industry. This paper analyzes and studies the application of three-dimensional laser scanning measurement technology in open-pit mine， hoping to provide some reference value for the development of related work. It has very important reference significance for researchers in related fields and staff in the same industry.

Keywords： open-pit mine; three-dimensional laser scanning technology; application research

1 概述

在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的背景下，三維激光掃描技術(shù)也獲得了極大的發(fā)展，該技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用對(duì)測(cè)繪工作起到了巨大的推動(dòng)作用。該技術(shù)功能非常強(qiáng)大，能夠開展實(shí)景復(fù)雜掃描，而且測(cè)量過(guò)程中不需要與測(cè)量對(duì)象進(jìn)行接觸，能夠針對(duì)被測(cè)物體開展高速的掃描測(cè)量，獲得精準(zhǔn)而又豐富的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。并在三維重構(gòu)基礎(chǔ)上對(duì)礦山的實(shí)際開采狀況進(jìn)行再現(xiàn)，測(cè)量成果可導(dǎo)入三維礦業(yè)軟件，為生產(chǎn)計(jì)劃的調(diào)整和儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)管理提供高精度原始數(shù)據(jù)，提高了礦山技術(shù)管理水平。同時(shí)，極大地推動(dòng)了露天礦的發(fā)展[1]。為此對(duì)露天礦中該技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析探討，以供參考。

2 露天礦建設(shè)中三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析

三維激光掃描技術(shù)利用激光測(cè)距的原理，通過(guò)記錄被測(cè)物體表面大量密集點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，快速?gòu)?fù)建出被測(cè)目標(biāo)的三維模型及線、面、體等各種圖件數(shù)據(jù)，可以大量獲取目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù)點(diǎn)。三維激光掃描技術(shù)測(cè)距的原理如圖1所示。

露天礦測(cè)量的主要任務(wù)是礦山儲(chǔ)量地質(zhì)測(cè)量。在露天礦的生產(chǎn)過(guò)程中，一系列的測(cè)量工作是不可避免的，露天礦測(cè)量的主要任務(wù)包括邊坡測(cè)量、排土場(chǎng)測(cè)量、礦石堆測(cè)量、地形測(cè)量、各種變形位移測(cè)量、各種管線、建筑物測(cè)量等。由于露天礦測(cè)量任務(wù)的繁多和生產(chǎn)的特殊性，傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器己經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前露天礦測(cè)繪的精度要求。

為了實(shí)現(xiàn)礦上建設(shè)，加強(qiáng)礦上數(shù)字化建設(shè)更加凸顯出其重要性，這就需要獲得精準(zhǔn)而又豐富的礦山信息，在此基礎(chǔ)上建立三維礦山模型，才能推動(dòng)露天礦建設(shè)的發(fā)展。三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)測(cè)量手段的弊端，可以開展礦山實(shí)景復(fù)制測(cè)量，不僅具有非常高的測(cè)量精度，而且大大提升了測(cè)量效率，獲得的信息也非常的全面，并且能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的測(cè)量，具有非常高的自動(dòng)化水平，這對(duì)露天礦建設(shè)而言是非常重要的，為其建設(shè)提供了很好的技術(shù)支撐[2]?，F(xiàn)在該技術(shù)在露天礦建設(shè)中的作用主要體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：（1）通過(guò)該技術(shù)能夠?qū)⒌V山的地形情況、建筑物和采場(chǎng)情況與采礦巷道和相關(guān)管線以及設(shè)備使用、尾礦庫(kù)等信息進(jìn)行掃描，并輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，便于開展相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析與瀏覽，進(jìn)行數(shù)字礦山建設(shè)，為礦山的精細(xì)化管理提供支持。（2）在該技術(shù)的應(yīng)用下，能夠全面的獲取三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)，對(duì)露天礦模型的建立提供支撐，重現(xiàn)虛擬礦山，通過(guò)該模型進(jìn)行金礦實(shí)體信息與巷道三維模型的建立，達(dá)到直觀設(shè)計(jì)三維立體的效果。（3）空區(qū)數(shù)據(jù)的獲取更加的精準(zhǔn)與高效，便于單個(gè)空區(qū)三維形態(tài)的獲取，同時(shí)對(duì)需要的體積、面積以及距離等信息進(jìn)行任意的量取，科學(xué)的分析和判斷現(xiàn)狀與治理情況，更好的保障礦山安全。

3 三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用與方向

（1）三維立體化礦區(qū)管理。通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用來(lái)獲取礦區(qū)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并在礦山專業(yè)三維軟件中進(jìn)行輸入，通過(guò)有效的篩選以及整理之后，能夠在軟件自動(dòng)功能下生成三維空間實(shí)景信息，進(jìn)而為礦山的數(shù)字化管理提供參考，實(shí)現(xiàn)露天礦的建設(shè)。

（2）地下三維立體化管理。與地表相比，礦山地下的情況是變化非?？斓?，如進(jìn)行巷道掘進(jìn)以及采空區(qū)和充填區(qū)，還有安裝井下施工設(shè)備等情況，都會(huì)在礦山采礦作業(yè)的進(jìn)程中產(chǎn)生快速的變化。所以對(duì)于井下三維數(shù)據(jù)的及時(shí)獲取具有非常重要的意義。而通過(guò)三維激光掃描技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)⑾锏乐械母鞣N信息完整的記錄下來(lái)，同時(shí)在巷道表面進(jìn)行高清晰照片的附著，能夠進(jìn)行縮小和放大等，這為相關(guān)技術(shù)人員的編錄提供了良好的基礎(chǔ)，使過(guò)去手工素描記錄的方式得到了全面代替，并精準(zhǔn)的記錄下各種斷層與細(xì)小的紋理。在巷道壁上附著巷道刻槽化驗(yàn)數(shù)據(jù)，與巷道探礦實(shí)際和鉆孔情況以及工業(yè)品位等信息，在確定的地質(zhì)推算公式下，便可將礦體邊界情況進(jìn)行智能計(jì)算，對(duì)礦體準(zhǔn)確圈定，并對(duì)各個(gè)礦塊的金屬品位與金屬量進(jìn)行計(jì)算。建立井下巷道機(jī)械設(shè)備與相關(guān)設(shè)施模型，通過(guò)數(shù)據(jù)通訊，不但能對(duì)設(shè)備信息進(jìn)行查看，而且還能實(shí)時(shí)的了解設(shè)備運(yùn)行參數(shù)與狀態(tài)，提升設(shè)備的智能化維護(hù)效果。在巷道模型前提之下，實(shí)現(xiàn)了公司人員的虛擬定位現(xiàn)實(shí)，對(duì)工人的工作情況進(jìn)行真實(shí)重現(xiàn)，同時(shí)也可對(duì)工人的工作軌跡進(jìn)行巷道外觀看。巷道三維模型的精準(zhǔn)性，為地面操作鑿巖機(jī)以及鏟運(yùn)機(jī)提供了有力支撐，推進(jìn)了井下無(wú)人開采與智能化開采的效果，有效控制和降低井下作業(yè)人員的數(shù)量，大大提升礦山生產(chǎn)的安全性。將安全檢測(cè)設(shè)備嵌入到巷道模型之中的具體位置，當(dāng)有異常在此位置出現(xiàn)時(shí)，便可引發(fā)異常的監(jiān)測(cè)信息，通過(guò)高亮報(bào)警，在模型中顯示，提升三維可視化安全監(jiān)測(cè)。如通過(guò)三維立體直觀展示一氧化碳超標(biāo)情況，并對(duì)員工進(jìn)行有效的安全培訓(xùn)，增進(jìn)員工對(duì)此方面的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)員工的培訓(xùn)實(shí)效。在可視化的巷道三維展示下，能夠大大提升礦山的安全管理水平。三維激光掃描模型如圖2所示。

（3）變形在線監(jiān)測(cè)。由于物體變形造成的礦山災(zāi)害有很多，如空?qǐng)雒绊斠约暗貕鹤冃魏筒煽諈^(qū)塌陷以及山體滑坡等，所以要針對(duì)這些物體進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)。而三維激光掃描技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)的對(duì)物體進(jìn)行連續(xù)在線檢測(cè)，同時(shí)可以更具報(bào)警值迅速地進(jìn)行警報(bào)信息的發(fā)出，通過(guò)電腦便可準(zhǔn)確的定位報(bào)警位置與報(bào)警值，為相關(guān)應(yīng)急預(yù)案的開展提供參考。而三維激光掃描技術(shù)不僅能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)物開展快速的監(jiān)測(cè)，而且提供的數(shù)據(jù)非常豐富，能夠在監(jiān)測(cè)物表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)全面獲取的前提下，建立每一幅的數(shù)據(jù)模型，同時(shí)能夠?qū)⑦@些模型進(jìn)行有效的疊加，不但能將部分變化的模型顯示出來(lái)，而且還能針對(duì)變形情況對(duì)其體積進(jìn)行計(jì)算或開展多種模擬計(jì)算，對(duì)礦山生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

在礦山測(cè)量過(guò)程中三維激光掃描技術(shù)發(fā)揮著巨大的作用，通過(guò)該技術(shù)手段的應(yīng)用，為露天礦建設(shè)提供了良好的技術(shù)支撐，相較于傳統(tǒng)的測(cè)量手段，其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)更加的明顯，具有非常廣泛的測(cè)量范圍，能夠針對(duì)滑坡、冒頂以及塌方等問(wèn)題開展測(cè)量，也可對(duì)采場(chǎng)和航道等陰暗潮濕的區(qū)域進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)，其自動(dòng)化水平非常高，給予無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，能夠自動(dòng)的采集三維信息，大大降低了人工的干擾。并且三維激光掃描技術(shù)，能夠達(dá)到仿真技術(shù)的效果，通過(guò)在三維軟件中導(dǎo)入點(diǎn)云數(shù)據(jù)，便可將礦山采礦的整體情況展現(xiàn)出來(lái)，虛擬實(shí)景展示，有一種親臨其境的效果。最后該技術(shù)的信息量非常大，空間表面的裂隙、懸掛物等豐富的信息，能夠達(dá)到傳統(tǒng)測(cè)量手段難以實(shí)現(xiàn)的效果樣式。在現(xiàn)代高速發(fā)展的時(shí)代背景下，三維激光掃描技術(shù)也會(huì)突飛猛進(jìn)，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)，其應(yīng)用前景也會(huì)越來(lái)越廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]歐陽(yáng)天云.基于三維激光掃描技術(shù)的露天礦臺(tái)階爆破設(shè)計(jì)軟件開發(fā)[D].武漢科技大學(xué)，2018.

[2]胡國(guó)新，蘇建軍，趙楠.三維激光掃描技術(shù)在平朔露天礦采空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用[J].露天采礦技術(shù)，2015（07）：62-64.

[3]徐茂林，高延?xùn)|，張賀，等.三維激光掃描技術(shù)在露天礦邊坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].遼寧科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，38（03）：217-220.

[4]劉亞兵，嚴(yán)懷民，劉如飛.基于車載三維激光掃描技術(shù)的露天礦三維建模[J].露天采礦技術(shù)，2015（04）：37-39.

[5]張賀.露天礦邊坡位移三維激光掃描監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[D].遼寧科技大學(xué)，2015.